钼的性质
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钼及其化合物的性质
1 金属钼的性质
金属钼主要有物理性质、力学性质和化学性质,表现如下:
1.1物理性质
1.1.1 原子和原子核特性
钼是一种具有高沸点及高熔点的难熔金属,处于元素周期表的第五周期第ⅥB族。它具有两个末被电子充满的外电子层(N和O层)。
钼有七个同位素,在天然混合物中同位素的质量数及含量见表1。据文献钼还有第八个同位素,在天然混合物中的含量为2-3%。
表1 钼的同位素及含量
同位素的质量数92 94 95 96 97 98 100
天然混合物含量/% 15.86 9.12 15.7 16.5 9.45 23.75 9.62
原子序数为42,原子量为95.95,原子体积为9.42cm3/g,密度为10.2g/cm3,钼的自由原子电子层结构为1S22S22P63S23P63d104S24P64d55S1。钼的原子半径为0.139nm,Mo4+和Mo6+的离子半径分别为0.068nm和0.065nm。其原子的电离电位值见表2。
表2 钼原子的电离电位值
外层电子ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧ
电离电位7.2 15.17 27.00 40.53 55.6 71.7 132.7 153.2
钼原子的热中子捕获面小,等于2.4±0.2巴恩,这使它能用作核反应堆中心的结构材料。
1.1.2 晶体结构
1)晶格常数:钼是A2型体心立方结构,空间群为O h9(1m3m).,钼无同素异构转变。其晶格常数范围为3.1467-3.1475,随着温度的变化稍有不同。不同的研究方法所得的数据有差异,似乎与被研究的钼试样中溶解的碳含量不同有关系。固溶体中的碳含量提高到0.02%,晶格常数则增高了0.0012。由于氧在钼中的溶解度极低,因此试样氧含量的变化对钼的晶格常数没有多大影响。
2)密度:钼的密度按X-射线数据计算等于10.23g/cm3.试验所得的密度值与钼的制取方法有关,其数据见表3。
1.1.3 热性质
1)熔点:不同方法测出钼的熔点不同,最可靠的数据为2895±10K。仅次于碳、钨、
镍、钽和饿。
表3 钼的密度
材料密度/ g.cm3
粉末料10.28
烧结料9.6-10.0
真空熔炼铸态料10.17-10.20
变形的烧结料10.2
变形的真空熔炼料10.22
2)沸点:不同研究者得到钼的沸点有一定差异。H.A.Jones得到的数据为5960,其他资料上显示数据为5077K,后者似乎更可靠。
3)熔化热:钼的熔化热等于6.6±0.7千卡/克。
4)蒸发热:钼在沸点时的蒸发热为142千卡/克。
5)升华热:在绝对零度时钼的升华热为155.55±0.9千卡/克,在298K时为157.5千卡/克
6)蒸气压和蒸发速度:H.A.Jones根据钼在真空中的蒸发速度,计算在1000K至沸点范围内的钼的蒸气压见表4。另外液态钼的蒸气压值见表5:
表4 钼的蒸气压和蒸发速度
温度/K 蒸发速度/g.cm2.s 蒸气压/巴
1000 1.37×10-24 1.01×10-19
1200 2.44×10-19 1.97×10-14
1400 1.29×10-15 1.13×10-10
1600 7.60×10-137.09×10-8
1800 1.06×10-10 1.05×10-6
2000 5.34×10-9 5.58×10-4
2200 1.30×10-7 1.43×10-2
2400 1.80×10-6 2.05×10-1
2600 1.57×10-5 1.87
2800 1.04×10-412.8
表5 液态钼的蒸气压
温度/K 3000 3330 3750 4300 4580 4810 5077
蒸气压/巴0.0001 0.001 0.01 0.1 0.25 0.5 1.0
7)热膨胀:钼的线膨胀系数与钼的组织结构和纯度有关。用粉末冶金法制取的钼,降低平均晶粒度,在冷作以后退火,线膨胀系数升高。在20-1600℃范围内,单晶钼的线膨胀系数比多晶钼稍高,而且随着温度的升高,差别增加。
在20-100℃,线膨胀系数为 4.9×10-6-5.2×10-6/℃。其中高纯钼最可靠的数据为
4.9×10-6/℃。钼的线膨胀系数约为一般铜材的三分之一到二分之一。这种低的膨胀系数使得钼材在高温下尺寸稳定,减少了破裂的危险。
在293-2273K范围内钼的相对伸长率用下列经验公式计算:
未退火钼丝的平均线膨胀系数见表6
表6 钼丝的平均线膨胀系数
温度/K 773 1273 1773 2273
平均线膨胀系数×106 5.1 5.5 6.2 7.2
在0-2895K之间退火钼的平均线膨胀系数与温度的关系式为:
低温下不同纯度钼的热膨胀系数测量结果列于表7:
表7 纯度为99.9%的钼在低温下的实际线膨胀系数
温度,K 线膨胀系数×105,K-1温度,K 线膨胀系数×105,K-1
284.8 5.16 60 1.12
255.6 5.05 55 0.89
234.6 4.89 50 0.80
196.8 4.60 45 0.60
166.9 4.37 40 0.45
144.9 3.98 35 0.35
128.5 3.70 30 0.20
114.4 3.45 25 0.15
102.5 3.01 20 0.12
90.7 2.64 15 0.05
83.3 2.24 10 0.03
70 1.82
8)比热和热力学性质:钼在25℃时的比热等于0.058卡/克.度。钼的高温比热的各种研究结果示于图1,在2000K以下不同作者的数据之间的差别基本上在5%以内,但是在更高的温度下,数据之间的差异明显加大。图2是根据图1的数据分析结果而建立的比热最可能值的温度函数关系。钼的低温比热列于表8中。